风沙对钢轨激光处理层抗压、抗冲蚀影响研究

发布时间：2020-07-26 08:26

【摘要】：高速铁路在“一带一路”中扮演着重要的角色,其中兰新高铁线是重要的组成部分,钢轨相当于高铁的“脉络”。在服役条件极其恶劣的情况下,兰新线各路段的钢轨出现不同形式、不同程度的失效,其中风沙冲蚀对钢轨的损伤最具地域特色。风沙冲蚀钢轨表面形成冲坑,导致钢轨表面积增大,加速钢轨损伤,表面粗糙度增加致使钢轨磨损程度恶化,而现有高铁路线的研究成果不能被直接套用于该线路。本文针对有、无列车行驶状态下分别建立钢轨模型,改变风源速度、风吹角度及钢轨材料类型等变量,对钢轨的服役状态进行数值模拟,然后对比分析各工况下钢轨的应力应变、位移、所受压力的变化,从而为兰新线钢轨的抗压、抗冲蚀性能提升和制定减缓失效方案提供科学的参考依据。在前期的兰新线钢轨实验小组中已经做了相关的实验研究~([22,76]),得到了激光熔凝和激光熔覆最优工艺参数。本文主要通过软件模拟钢轨的激光处理层的抗压、抗冲蚀性能变化。处理后钢轨材料的弹性模量、泊松比、密度均有改变且其数值无处可查,本文通过固体材料动态弹性模量测试仪得到这些数据,为模拟顺利进行做好前期准备。本文主要研究中心是数值模拟部分。对比分析钢轨在风沙环境下,沙粒速度、应力、应变、位移、压力、湍动能随着风速、角度不同的变化情况。得出结论:(1)经激光熔凝和激光熔覆技术处理后,原始材料的晶体结构、化学成分、微观组织等发生变化,使得材料的弹性模量与原始钢轨弹性模量相比有所不同。经测得,三种经激光技术处理后的材料的弹性模量值有所变化。对比材料的泊松比值,经激光处理后材料的泊松比值均小于原材料泊松比。其中熔覆1材料的微观组织主要以长枝状晶体和板条状马氏体为主,微观组织相对粗糙,单位横纵应变变化最明显,与原钢轨差别最大。(2)经数值模拟分析得出:无列车行驶的状态下,工况在风吹角度θ=45°、风速40m/s时,钢轨受风沙冲蚀影响最严重。这个结论与文献~([96])中实验获得的结论“对于母材,冲蚀角度对冲蚀率的影响较大”相符合。(3)在数值模拟准确度较高的情况下,进一步模拟了列车驶过钢轨的瞬间状态,结果显示钢轨损伤最严重发生在风吹角度θ=45°、风速40m/s的工况下。经对比分析,改变风速对钢轨的作用效果比改变风吹角度对钢轨的作用效果更加明显。(4)在对比分析角度改变、风速改变、材料类型改变三种变量中,通过激光表面处理技术得到的材料类型的改变对钢轨受力状态的影响最大。经过激光处理后的三种试件在模拟环境中表现出的性能差异较大,材料类型改变比风速或角度变化的作用效果明显。(5)在风吹角度和风速变化时,风沙对钢轨冲蚀的最严重情况发生在风吹角度为45°、风速为40m/s的情况下,这一模拟结果与实验结果~([76,96])吻合。
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4
【图文】：

高铁丝绸之路简图

中国主要运行铁路分布简图

图 1-3 某些重大列车事故现场图表 1-1 一些由列车事故引起的伤亡损失统计表事故发生时间 事故发生地点 死亡人数 受伤人数 事故原因1981 印度 800 不明 列车脱轨1988.1.24 中国 88 202 列车翻车

【参考文献】

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1 郝

本文编号：2770527